过滤式电氧化及其UV联合工艺处理海产养殖废水研究

来源 :南开大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qiaozhang781209
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随着人们对海产品需求的不断增大,我国海产养殖规模和密度也不断提高,随之产生了大量的海产养殖废水,而废水中的氮、磷等污染物和抗生素以及细菌等病原体会对海洋环境带来极大威胁和破坏。本论文研究了过滤式电氧化工艺以及电氧化联合UV工艺对海产养殖废水中代表性污染物的处理效果、去除能耗和风险以及反应机理。过滤式电氧化工艺研究中,通过比较证实对氨氮和COD的去除效果电氧化>>电臭氧>电芬顿,同时过滤式反应器的处理效果也优于流经式和间歇式反应器。通过自由氯在反应过程中的含量变化测定和自由氯捕获实验,推断该工艺主要是通过电解海水产生具有氧化性质的次氯酸等自由氯氧化去除污染物,同时过滤式反应器也能提高电子转移效率和传质效率。在电流30 m A、流速5m L/min、p H 8.0的条件下,过滤式电氧化工艺可以产生约40 mg/L自由氯,对氨氮和亚硝酸盐氮的去除效果可达到90%以上,对活性磷和COD也有良好的去除效果,氨氮、亚硝酸盐氮和COD排放浓度均符合海水养殖水的排放标准(SC/T9103-2007)。同时,电氧化工艺对废水中的抗生素如磺胺二甲基嘧啶和诺氟沙星均可以达到彻底去除,并且具有良好的杀菌效果,lg(c/c0)可达-5.6,出水菌浓度仅为70 CFU/m L。氨氮处理能耗为54 k Wh/kg NH4+-N(0.27 k Wh/m3),并且出水中三卤甲烷的产生总量要小于200μg/L,满足世界卫生组织(WHO)对饮用水规定阙值。过滤式电氧化联合UV工艺实验中,我们发现联合工艺对抗生素和氨氮等污染物去除效果明显优于单独电氧化和单独UV工艺。通过自由基以及自由氯的捕获实验测定自由基和自由氯的含量变化,揭示了在不同工艺中的主要氧化物质转化过程。在10~50 m A电流条件范围内,电氧化产生的5~87 mg/L自由氯在UV光下可以转化产生5~9.5μmol/L羟基,同时EPR检测中也检测到氯自由基的存在。推断联合工艺的反应机理是电氧化工艺产生的次氯酸等自由氯在UV光照射下发生UV/氯转化反应,此过程可以产生羟基、氯自由基等多种强氧化性自由基,可以实现对废水中抗生素等污染物的有效去除。在电流10 m A、流速15m L/min、p H 8.0条件下反应60 min,此联合工艺可以实现对磺胺二甲基嘧啶的100%去除,优于相同条件下单独电氧化工艺的去除效果(48.6%),并且联合工艺去除速率常速为0.051 min-1,也远远优于单独电氧化工艺(0.011 min-1),此联合工艺的协同因子可以达到1.5。对废水中的氨氮、亚硝酸盐氮、活性磷也有良好的去除效果,在20 m A电流条件下反应60 min对以上污染物的去除率可以分别达到97%、94%和68%,均优于单独电氧化反应。同时对废水中诺氟沙星、氯霉素、头孢氨苄等其他类抗生素去除效果良好,10 m A电流下的分别可以实现100%、87%和100%的去除率,并且该联合工艺可以实现对废水中细菌的完全灭活。电氧化联合UV工艺处理能耗为19 k Wh/kg SMT(23 k Wh/kg NH4+-N),低于电氧化工艺的处理能耗(33 k Wh/kg SMT、54 k Wh/kg NH4+-N)。相对于电氧化工艺,该联合工艺具有更强的氧化能力,大幅提高对海产养殖废水中常规污染物和难降解污染物的深度去除效果。综上所述,过滤式电氧化联合UV工艺对海产养殖废水的处理是一种经济清洁高效的处理方法,具有良好的应用前景。
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